11.如圖所示,兩平行的光滑金屬導(dǎo)軌安裝在一傾角為α的光滑絕緣斜面上,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),電阻忽略不計(jì)且足夠長(zhǎng),以寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于斜面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.另有一長(zhǎng)為2d的絕緣桿將一導(dǎo)體棒和一邊長(zhǎng)為d(d<L)的正方形線框連在一起組成的固定裝置,總質(zhì)量為m,導(dǎo)體棒中通有大小恒為I的電流.將整個(gè)裝置置于導(dǎo)軌上,開始時(shí)導(dǎo)體棒恰好位于磁場(chǎng)的下邊界處.由靜止釋放后裝置沿斜面向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的下邊運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界MN處時(shí)裝置的速度恰好為零.重力加速度為g.
(1)求剛釋放時(shí)裝置加速度的大。
(2)求這一過程中線框中產(chǎn)生的熱量;
(3)之后裝置將向下運(yùn)動(dòng),然后再向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過若干次往返后,最終整個(gè)裝置將在斜面上作穩(wěn)定的往復(fù)運(yùn)動(dòng).求穩(wěn)定后裝置運(yùn)動(dòng)的最高位置與最低位置之間的距離.

分析 (1)裝置受重力、支持力和安培力作用,向上加速運(yùn)動(dòng),采用正交分解法求合力,由牛頓第二定律求解加速度.
(2)從釋放裝置到線框的下邊運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界MN過程中,運(yùn)用能量守恒定律求解線框中產(chǎn)生的熱量.
(3)裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最高位置:線框的上邊位于磁場(chǎng)的下邊界,此時(shí)金屬棒距磁場(chǎng)上邊界d;往復(fù)運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí),金屬棒在磁場(chǎng)內(nèi),設(shè)距離上邊界x,根據(jù)棒所受安培力做功等于裝置的重力做功建立聯(lián)系,列方程求解.

解答 解:(1)剛釋放時(shí),裝置受重力、支持力和安培力作用,由牛頓第二定律,有:
 BIL-mgsinα=ma
解得加速度 a=$\frac{BIL}{m}$-gsinα                                         
(2)裝置由靜止釋放到線框的下邊運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界MN過程中線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,由能量守恒得
 BIL•d-mgsinα•4d-Q=0
解得線框中產(chǎn)生的熱量 Q=BILd-4mgdsinα                                      
(3)裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最高位置:線框的上邊位于磁場(chǎng)的下邊界,此時(shí)金屬棒據(jù)磁場(chǎng)上邊界為d;    
裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí):金屬棒在磁場(chǎng)內(nèi),設(shè)其距離上邊界為x,則有
 mgsinα•(x+d)=BIL•x                                            
解得  x=$\frac{mgdsinα}{BIL-mgsinα}$                                        
最高位置與最低位置之間的距離為 s=x+d=$\frac{BIL}{BIL-mgsinα}$+d
答:
(1)剛釋放時(shí)裝置加速度的大小為$\frac{BIL}{m}$-gsinα;
(2)這一過程中線框中產(chǎn)生的熱量為BILd-4mgdsinα;
(3)穩(wěn)定后裝置運(yùn)動(dòng)的最高位置與最低位置之間的距離為$\frac{BIL}{BIL-mgsinα}$+d.

點(diǎn)評(píng) 本題要注意當(dāng)線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí),安培力做功從而產(chǎn)生熱量.要理解并掌握力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、功與能的關(guān)系,運(yùn)用力學(xué)規(guī)律解決電磁感應(yīng)問題.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

10.人站在地面上,先將兩腿彎曲,再用力蹬地,就能跳離地面,人能跳起離開地面的原因是( 。
A.地面對(duì)人的作用力大于人對(duì)地面的作用力
B.地面對(duì)人的作用力大于地球?qū)θ说囊?/td>
C.人對(duì)地球的作用力大于地球?qū)θ说囊?/td>
D.人除受地面的彈力外,還受到一個(gè)向上的力

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

11.如圖,在水平固定放置的氣缸內(nèi),用不漏氣的輕質(zhì)活塞封閉有一定量的理想氣體,開有小孔的薄隔板將氣體分為A、B兩部分.活塞的橫截面積為S,與氣缸壁之間無(wú)摩擦.初始時(shí)A、B兩部分容積相同,溫度為T,大氣壓強(qiáng)為p0
(1)加熱氣體,使A、B兩部分體積之比達(dá)到1:2,求此時(shí)的溫度T′;
(2)將氣體溫度加熱至2T,然后在活塞上施加一向左的水平恒力F=5p0S,推動(dòng)活塞,直至最終達(dá)到平衡,推動(dòng)活塞過程中溫度始終維持2T不變,求最終氣體壓強(qiáng)p?.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

8.如圖一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),右端通過電刷a,b與一平行水平金屬板相連接.已知線圈匝數(shù)為N=10匝,線圈面積S=0.5m2,線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為n=60r/min,線圈內(nèi)阻不計(jì),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=$\frac{10}{π}$(T).平行金屬板板長(zhǎng)l=0.1m,板間距離d=0.2m,求:
(1)從圖示時(shí)刻開始計(jì)時(shí),寫出矩形線圈中的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式?
(2)若某時(shí)刻一質(zhì)量為m=1×10-3Kg、帶電量為q=0.2C的正粒子,從板中央以v0=100m/s的初速度水平射入平行金屬板間,假設(shè)粒子在穿越板間的極短時(shí)間內(nèi)電壓不變,不計(jì)粒子重力,則粒子在金屬板間的最大偏轉(zhuǎn)位移為多少?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

6.如圖甲所示,理想變壓器原副線圈匝數(shù)比n1:n2=2:1,電表均為理想電表,兩個(gè)電阻均為1Ω,C是電容器,其擊穿電壓為$\frac{\sqrt{2}}{2}$V,圖乙為原線圈輸入電壓與時(shí)間的關(guān)系圖象,下列說法中正確的是( 。
A.輸入電壓的頻率為50Hz,經(jīng)過變壓器后通過電阻的交流電頻率為25Hz
B.s斷開時(shí)電壓表的示數(shù)為1.41V,電流表的示數(shù)為0.35A
C.s斷開時(shí)電壓表的示數(shù)為1V,電流表的示數(shù)為0.25A
D.閉合開關(guān)s,電容器將被擊穿

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

16.某同學(xué)為測(cè)量電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)室僅提供了:
A.待測(cè)電池組
B.電壓表V1(內(nèi)阻RV已知)
C.電壓表V2(內(nèi)阻未知)
D,開關(guān),導(dǎo)線若干
該同學(xué)利用上述器材連接了如圖所示的電路后,進(jìn)行了下述操作.
A.閉合S′,斷開S時(shí),測(cè)得兩電壓表的示數(shù)分別為U1,U2;
B.再閉合S,測(cè)得此時(shí)電壓表V1的示數(shù)為U1′.
(1)在虛線框中畫出此電路圖;

(2)電源的電動(dòng)勢(shì)E=$\frac{{U}_{2}{U′}_{1}}{{U}_{1}^{′}-{U}_{1}}$,內(nèi)阻r=$\frac{({U}_{1}+{U}_{2}-{U}_{1}^{′})}{{U}_{1}^{′}-{U}_{1}}{R}_{V}$(用題中字母表示)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

3.如圖所示,處于真空中的正四面體結(jié)構(gòu)的四個(gè)頂點(diǎn)a、b、c、d,在a點(diǎn)放置一個(gè)電量為+Q的點(diǎn)電荷,在b點(diǎn)放置一個(gè)電量為-Q的點(diǎn)電荷,則下列關(guān)于c、d兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)關(guān)系的描述中正確的是( 。
A.電勢(shì)相同,場(chǎng)強(qiáng)不同B.電勢(shì)相同,場(chǎng)強(qiáng)相同
C.電勢(shì)不同,場(chǎng)強(qiáng)相同D.電勢(shì)不同,場(chǎng)強(qiáng)不同

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

20.我國(guó)已經(jīng)成功發(fā)射北斗COMPASS-G1地球同步衛(wèi)星.據(jù)了解這已是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射的第三顆地球同步衛(wèi)星.則對(duì)于這三顆已發(fā)射的同步衛(wèi)星,下列說法中正確的是( 。
A.它們的運(yùn)行速度大小相等,且都小于7.9km/s
B.它們的運(yùn)行周期可能不同
C.它們離地心的距離可能不同
D.它們的角速度與靜止在赤道上物體的角速度相同

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

1.如圖1為“碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

(1)入射小球1與被碰小球2直徑相同,均為d,它們的質(zhì)量相比較,應(yīng)是m1大于m2
(2)為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng),必須調(diào)整斜槽使水平.
(3)某次實(shí)驗(yàn)中在紙上記錄的痕跡如圖2所示.測(cè)得OO′=1.00厘米,O′M=1.80厘米,MP=5.72厘米,PN=3.50厘米,入射球質(zhì)量m1為100克,被碰小球質(zhì)量m2是50克,兩球直徑都是1.00厘米,則沒有放被碰球時(shí),入射球落地點(diǎn)是紙上的P點(diǎn),水平射程是8.52厘米,被碰小球的水平射程是11.02厘米,驗(yàn)證的公式為:maOP=maOM+mbON.

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同步練習(xí)冊(cè)答案